基于DQ變換的三相PWM整流器控制方案研究及仿真

基于DQ變換的三相PWM整流器把握方案爭論及仿真浙江大學陸熙石健將何湘寧浙江大學電氣工程學院DQ坐標變換對三相電壓型PWM應(yīng)的把握策略，并對其進展了仿真，給出了仿真結(jié)果。關(guān)鍵詞：DQ前言傳統(tǒng)的晶閘管或二極管整流器存在如下的缺點：輸入電流諧波含量高；輸入功率因數(shù)PWM整流器具有輸入電流正弦化，諧波含量低，功率因數(shù)高等優(yōu)點，已成為電力電子學爭論的熱點之一。一般的三相PWM整流器通常承受直接的電壓和電流雙閉環(huán)把握方式，這樣的把握用模擬電路實現(xiàn)簡潔，但難以建立起準確的模型，對把握環(huán)的參數(shù)設(shè)計也比較簡潔。本文承受DQ坐標變換對三相電壓型PWM整流器進展建模，將三相的平衡電量變?yōu)橹绷髁?，在此根底上給出了相應(yīng)的把握策略，并對其進展了仿真，給出了仿真結(jié)果。DQPWM【1】三相電壓型PWM1idcLSapSbpidcLSapSbpScpAiaLvaBibCLvbCicvcSanSbnScn1三相電壓型PWM1，V、V、Vi、i、ii

為輸出a b c a b c dcV

L為三相的輸入電感，S

、S、S

為三相開關(guān)函數(shù)，dc a b cS＝1－表示開關(guān)導通； ，CRx 0－表示開關(guān)關(guān)閉。對于三相電壓型PWM整流器，有以下關(guān)系成立：v S

S S ab a b abb v b bc

v S vdc bc dc

〔1〕 v ca

Sa

i

S cai

S Sadc a

i 〔2〕c bicv

v v、v

vv、v

vv，i i

i、i i

i、i i

i ，ab且i i

b bc0。

c ca

a a

ab ca b

bc ab c

ca bcab bc cai 1(i

i),i 1(ii),i 1(ii) 〔3〕a 3

b b 3 b c c 3 c ai i

S S abiidc ab

ca bci ca

〔4〕比照整流器拓撲，可寫出溝通側(cè)的狀態(tài)方程：V

i v

v i

v VABLda

b

avb3Ldabvab dti

i v

dti

〔5〕BCV CA

ciia

cvvb

bc bc i ca ca另外，直流側(cè)的方程如下：di C vdc dt

vdc 〔6〕R最終可以得到： i

v dab 1

AB 1

ab di 1V 1v

3LV

3Lv

3L

3Lbc BC bc

ll

ll

ll i

v d 1 v

〔7〕 ca CA1

ca

v i dc v

dc

dt

Cdc RC dt

Cdc RCi V v i abV ABv ab其中，

i

V

v bcll ll BC ll bcbc ca CA ca由式〔1〕和〔2〕可得：vll

S ll

、idc

ll

ll

〔8〕SS

ab其中，

Sbc。ll

S ca上式代入式〔7〕得到三相坐標系下的PWM整流器的模型：d

i ll

1V 13L ll 3L

S vvlldcv

〔9〕 dv

1ST

dc dt dc

ll RC由模型可知，其中包含三相電量的溝通重量，這對把握策略的準確設(shè)計增加了困難。下面將用DQDQcost

23T 23abc/dq

3 32

Tsint

sin(t ) sin(t )3 3 d 0 0及關(guān)系式T

T 1

，由上式〔9〕DQPWMdt 0 0模型：di

1v0 0i

1Sv d

d

ddti

3Lv

0 0i

3LSdc q q dv 1

q qi v

〔10〕 S Sd dc dt dc C

q i RCq由上式即可得到DQ坐標系三相電壓型PWM23L3L3wLiqvdSdvdc3Liq3wLid3Liq3wLidvqSqvdcSqiqC圖2DQPWM在此模型下，全部的變量都已變?yōu)橹绷髁?，這樣便于我們對把握環(huán)進展準確設(shè)計?；贒Q三相開關(guān)網(wǎng)絡(luò)iaibicCOSSINDQ坐標變換三相開關(guān)網(wǎng)絡(luò)iaibicCOSSINDQ坐標變換iref電壓外環(huán)vdcvrefidiqirefid電流內(nèi)環(huán)PWM產(chǎn)生器id0Iq電流內(nèi)環(huán)iq圖3 基于DQ變換的把握方案框圖此把握方案是將三相輸入電流進展DQ坐標變換，得到直流電流反響信號i、id q

。為了實現(xiàn)調(diào)壓目的讓i 去跟蹤電壓外環(huán)輸出來的直流信號為了實現(xiàn)高功率因數(shù)的目的讓id 盡量趨近于0，消退電流中的無功重量。下面分別對電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)進展分析。電流內(nèi)環(huán)分析由上面可以看到，電流內(nèi)環(huán)實際上是對直流量進展調(diào)解。為了更好的實現(xiàn)調(diào)壓目的和高功率因數(shù)目的，讓i 跟蹤電壓外環(huán)輸出來的直流信號和i趨近于0，電流環(huán)的調(diào)整器可采d qPI2】得電流內(nèi)環(huán)的PI33電流內(nèi)環(huán)把握原理框圖由此可得電流內(nèi)環(huán)的傳遞函數(shù)：K KGi(s) ps i

〔11〕Ls2(RK)sKp i可見，這是個二階系統(tǒng)，在實際的設(shè)計中，可借助仿真的工具來進展設(shè)計、調(diào)整。在idiq的電流調(diào)整器應(yīng)取的參數(shù)一樣。電壓外環(huán)的分析3】獲得整流器系統(tǒng)輸入電流和輸出直流電壓之間的傳遞函數(shù)：1sTG(s)K

01sTzpz

〔12〕其中，K0值。

3 2Rv,T4vdc

0.5RC,Tp z

L，r為整流器的輸入電阻，v為輸入電壓的有效r承受此模型分析，考慮系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)運行，無功電流重量近似為0，因而在電流閉環(huán)作用下，動態(tài)過程中iq變化很小。在直流電壓發(fā)生較大變化前，iq已完成了其暫態(tài)過程到到達0iq4把握框圖。4電壓把握框圖：4Gu(s) G*Gc*Gis 〔13〕這樣就便于我們在仿真中對把握環(huán)的PI參數(shù)進展設(shè)計、調(diào)整。PWMSPWMDQDQSPWMSPWM很便利。而且這于逆變器的SPWM把握相像，可參考逆變器中的理論對系統(tǒng)進展一些分析。5irefirefId電流內(nèi)環(huán)idDQ坐標反變換SPWM0Iq電流內(nèi)環(huán)iq5PWM仿真試驗承受SABER軟件對上面所制定的三相電壓型PWM仿真參數(shù)為：輸入電壓：三相400HZ115V(相電壓)正弦輸入輸入電感：0.7mH輸出電容：2200uF額定的直流電壓為：400V輸出功率：4KVA開關(guān)頻率：20KHZ仿真選取的把握參數(shù)：電壓環(huán)P=4,I=2023；電流環(huán)P＝2，I＝100。SABER66SABER7～10 圖7輸出電壓 圖8A相輸入電壓/10與A相輸入電流圖9三相的輸入電流 圖10電流中的無功重量由仿真結(jié)果波形圖可知，輸出直流電壓穩(wěn)定的很快，或許在10ms量小，只有31V，電壓紋波很小。輸入電流很好的實現(xiàn)了正弦化，而且與輸入電壓同步的很DQ0，很好的抑制了無功，做到了很高的功率因數(shù)。結(jié)論本文用DQ變換對三相PWMDQ案，最終用SABER后續(xù)的硬件試驗爭論供給了牢靠的依據(jù)。參考文獻【1】徐德鴻電力電子系統(tǒng)建模及把握機械工業(yè)出版